El sistema de coordenadas sigma es un sistema de coordenadas común utilizado en modelos computacionales para oceanografía , meteorología y otros campos donde la dinámica de fluidos es relevante. [1] Este sistema de coordenadas recibe su nombre de la variable independiente utilizada para representar un nivel de presión escalado .
Los modelos que utilizan un sistema de coordenadas sigma incluyen el Modelo Oceánico de Princeton (POM), [2] el Modelo Ecológico Hidrodinámico Acoplado para Mares de Plataforma Regional (COHERENS)[1], el Sistema de Pronóstico Integrado del ECMWF y varios otros modelos numéricos de predicción meteorológica .
La presión en una altura se puede escalar con la presión de la superficie o, con menor frecuencia, con la presión en la parte superior del dominio definido . [3] El valor sigma en la referencia de escala es, por definición, 1: es decir, si se escala en la superficie, .
En un sistema de coordenadas sigma, si la escala sigma se divide equitativamente, entonces, en cada punto de la superficie, cada capa horizontal por encima de ese punto tiene el mismo espesor en términos de sigma, aunque en términos de metros cada capa inmediatamente superior con el mismo espesor sigma es más gruesa que la anterior. El espesor sigma de cada capa disminuye con la altitud de la superficie, y los niveles sigma se comprimen juntos (en términos de metros) a medida que se reduce el rango vertical total.
El sistema de coordenadas sigma permite que las superficies sigma sigan el terreno del modelo; cuando el terreno tiene una pendiente pronunciada, también lo tienen las superficies sigma. Esto permite que los campos continuos, como la temperatura, se representen de forma especialmente uniforme en las capas más bajas del modelo. Además, con la naturaleza exponencial de la densidad dentro de la atmósfera, las coordenadas sigma proporcionan una mayor resolución vertical (en términos de metros) cerca de la superficie. La naturaleza inclinada de las superficies de coordenadas requiere una interpolación adicional de la fuerza del gradiente de presión, y el suavizado del terreno a menudo puede hacer que se extienda más allá de los límites reales de la tierra.
Algunos modelos atmosféricos utilizan un esquema híbrido de coordenadas sigma-presión, que combina capas denominadas sigma en la parte inferior (que siguen el terreno) con capas isobáricas (denominadas presión) en la parte superior. Las capas isobáricas superiores son generalmente más manejables numéricamente (ya que son más planas) y, específicamente, más manejables para los cálculos de transferencia radiativa (importante para asimilar las observaciones de radiancia satelital ). Algunos modelos (por ejemplo, el NAM 2009) tienen un dominio sigma puro en la parte inferior y un nivel de transición fijo, por encima del cual todas las capas son exactamente isobáricas. Otros modelos (por ejemplo, GFS) pasan gradualmente de sigma a isobárico.
Algunos modelos oceanográficos utilizan coordenadas que, de manera similar, pasan de coordenadas de densidad ( isopícnicas ) a coordenadas sigma en regiones de plataforma costera poco profundas . [4]
